用于前体水平测量的基于压力的传感器系统及其方法与流程

本公开的技术总体涉及半导体处理领域，更具体地，涉及用于确定半导体制造过程的前体容器中的固体前体量的技术。

背景技术：

1、随着半导体和半导体制造过程变得越来越先进，在制造过程中需要更好的均匀性及处理控制。

2、在诸如原子层沉积(ald)、外延和化学气相沉积(cvd)的过程中，可以是气体、液体或固体形式的前体被沉积到工件上或与工件接触。这些前体通常储存在前体容器或前体器皿中，从那里它们被输送至反应室中的工件。

3、当执行该过程时，监测前体容器中的前体量可能是有利的，以防止由于前体材料耗尽而导致的制造缺陷。监测前体容器中前体材料的剩余量的能力很重要，因为它确保了处理质量，允许有效地安排前体容器更换，最大化地使用昂贵的化学物质，并改善库存管理。

4、尽管水平感测是气态或液态材料的工业标准，但是监测固体前体材料的剩余量更加复杂。通常，通过使载气流过前体容器，将前体材料从前体容器输送至反应室，从而产生包括载气和蒸发的固体前体的处理气体，该处理气体随后被提供给处理室。制造过程中采用的一些过程条件(例如高温范围、载气的使用等)导致对前体水平的监测对现有的水平感测系统来说变得具有挑战性，尤其是当分辨率和准确度很关键时。

5、因此，需要用于监测半导体制造过程的前体容器中的固体前体的量的改进的方法和装置。

技术实现思路

1、在本说明书中，描述了一种技术，通过该技术可以确定用于半导体制造过程的前体容器中的固体前体量。具体地，描述了一种基于压力的传感器系统，通过该系统可以确定用于半导体制造过程的前体容器中的固体前体量，所述系统包括至少两个流体连接的具有已知容积的室，以及压力传感器，其配置为当探测气体被供应到所述室时测量所述室中的多个压力。

2、容器中前体水平的可靠感测是(资源)规划、错误检测、质量保证以及其他操作因素的关键。这里公开的技术可以提高前体测量的准确性和一致性。此外，本文公开的技术可以用于外部或原位前体容器测量。后者是优选的，因为它们可以在不停机的情况下完成。此外，因为原位监测允许接近实时的监测，所以它也可以用于错误检测(例如前体被冲走)或质量控制。例如，不应使用最后20％的化学品，因为杂质可能会导致最终膜的质量较低。

3、下文给出了本公开的技术的各个方面的第一概述，之后将更详细地描述具体实施例。该概述旨在帮助读者更快地理解技术概念，但并不意味着确定其最重要或最基本的特征，也不意味着限制本公开的范围，本公开的范围仅由权利要求来限定。

4、本公开的一方面涉及一种用于确定半导体制造过程的前体容器中的固体前体量的方法；

5、其中，前体容器包括具有已知容积的前体室，其配置用于接收和容纳固体前体；由此所述前体室流体连接到具有已知容积的探测室，以及阀，其配置为控制探测气体从所述前体室到所述探测室的流动；

6、其中，该方法包括以下步骤：

7、-将探测气体提供给容纳一定量待测量的固体前体的前体室；

8、-测量探测气体的第一压力；

9、-打开所述阀，使得探测气体从所述前体室流到所述探测室；

10、-测量探测气体的平衡压力；以及

11、-基于多个压力测量和已知的室容积，确定所述前体容器中的前体量。

12、在一些实施例中，该方法包括在提供探测气体之前从所述前体室排空死区的步骤。

13、在一些实施例中，前体室包括入口，该入口配置成接收探测气体并将探测气体引导到容纳前体的所述前体室的一部分中。

14、在一些实施例中，探测室包括用于所述前体室的出口，其配置为当所述阀打开时接收和引导来自所述前体室的探测气体。

15、在一些实施例中，该方法包括向前体室提供探测气体直到探测气体的压力等于预定值的步骤。

16、在一些实施例中，确定前体量包括基于多个压力测量计算前体室中包含的前体的容积，并基于所述容积外推所述前体容器中的前体量。

17、在一些实施例中，外推前体量包括在描述所述容积和前体量之间的关系的校准曲线和/或查找表中查找对应值。

18、在一些实施例中，前体室包含在前体容器的一部分中，探测室或其一部分包含在所述前体容器的另一部分中。

19、在一些实施例中，前体室包含在前体容器的一部分中，并且探测室或其一部分位于所述前体容器的外部，但与其流体连接。

20、在一些实施例中，前体室和探测室的温度基本相同。

21、在一些实施例中，探测气体包括惰性气体或由惰性气体构成；优选地，其中，所述探测气体包括氩气(ar)或由氩气(ar)构成。

22、在一些实施例中，固体前体包括含金属材料。

23、本公开的另一方面涉及一种用于测量半导体制造过程的前体容器中的固体或液体前体量的基于压力的传感器系统，该系统包括：

24、-包括具有已知容积的前体室的前体容器，前体室配置用于接收和容纳前体；

25、-具有已知容积的探测室，其流体连接到所述前体室；

26、-探测气体源，其配置为向所述前体室提供探测气体；

27、-阀，其配置为控制探测气体从所述前体室到所述探测室的流动；

28、-压力传感器，其配置为测量探测气体的压力；以及

29、-处理装置，其通信地耦合到所述压力传感器，以便从其接收感测数据，并且配置为基于所述感测数据，基于多个压力测量和已知的室容积来确定所述前体容器中的前体量；其中，所述多个压力测量至少包括当探测气体被提供给所述前体室时的第一测量，以及当所述探测气体在所述前体室和探测室中达到平衡压力时的第二测量。

30、在一些实施例中，前体室通过流体连接而流体连接到探测室；并且其中阀和压力传感器安装在所述流体连接上。

31、在一些实施例中，压力传感器安装在所述流体连接上的阀之前，从而流体连接到前体室。

32、在一些实施例中，该系统包括流体连接到前体室的真空泵，该真空泵配置用于从所述前体室排空死区。

33、在一些实施例中，该系统包括流体连接到前体室的压力控制器，其配置为向所述前体室提供探测气体，直到所述探测气体的压力等于预定值。

34、在一些实施例中，该系统包括温度控制器，其配置用于调节前体室或探测室中的至少一个的温度，使得前体室和探测室的温度基本相同。

35、本公开的另一方面涉及一种沉积系统，包括处理室、衬底处理系统和前体容器；其中，

36、-前体容器具有容纳固体前体的前体室；并且

37、-沉积系统包括根据权利要求13所述的基于压力的传感器系统。

38、在一些实施例中，沉积系统还包括控制器，其中控制器配置用于使沉积系统执行根据本公开中描述的实施例的方法。

技术特征：

1.一种用于确定半导体制造过程的前体容器中的固体前体量的方法；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括在提供所述探测气体之前从所述前体室排空死区的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述前体室包括入口，其配置为接收探测气体并将探测气体引导到容纳前体的所述前体室的一部分中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述探测室包括用于所述前体室的出口，其配置为当所述阀打开时接收并引导来自所述前体室的探测气体。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括向所述前体室提供探测气体直到探测气体的压力等于预定值的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定前体量包括基于所述多个压力测量计算包含在所述前体室中的前体的容积，并基于所述容积外推所述前体容器中的前体量。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述外推包括在描述所述容积和前体量之间的关系的校准曲线和/或查找表中查找对应值。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述前体室包含在所述前体容器的一部分中，并且所述探测室或其一部分包含在所述前体容器的另一部分中。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述前体室包含在所述前体容器的一部分中，并且所述探测室或其一部分位于所述前体容器的外部，但与其流体连接。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述前体室和探测室的温度基本相同。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述探测气体包括惰性气体或由惰性气体构成；优选地，其中，所述探测气体包括氩气或由氩气构成。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固体前体包括含金属材料。

13.一种用于测量半导体制造过程的前体容器中的固体或液体前体量的基于压力的传感器系统，

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述前体室通过流体连接而流体连接到所述探测室；并且其中，所述阀和压力传感器安装在所述流体连接上。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述压力传感器安装在所述流体连接上的阀之前，从而流体连接到所述前体室。

16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统包括流体连接到所述前体室的真空泵，所述真空泵配置用于从所述前体室排空死区。

17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统包括流体连接到所述前体室的压力控制器，其配置用于向所述前体室提供探测气体，直到所述探测气体的压力等于预定值。

18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统包括温度控制器，其配置用于调节所述前体室或探测室中的至少一个的温度，使得所述前体室和探测室的温度基本相同。

19.一种沉积系统，包括处理室、衬底处理系统和前体容器；其中，

20.根据权利要求19所述的沉积系统，还包括控制器，其中控制器配置用于使所述沉积系统执行根据权利要求1所述的方法。

技术总结
在本说明书中，描述了一种基于压力的传感器系统，通过该系统可以确定用于半导体制造过程的前体容器中的固体前体量，所述系统包括至少两个流体连接的具有已知容积的室，以及配置为测量所述室中的多个压力的压力传感器。

技术研发人员：K·霍尼波尔,G·A·沃尼,V·波雷
受保护的技术使用者：ASM IP私人控股有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8